各类质谱仪的优缺点分析 质谱仪解决方案

第第页各类质谱仪的优缺点分析质谱仪解决方案1913年J.J.Thomson制成台质谱仪，用其发现了20Ne,22Ne同位素。1919年台质谱仪是英国科学家弗朗西斯阿斯顿于1919年制成的。阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。早期的质谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析，二十世纪四十年代以后开始用于有机物分析，六十年代出现了气相色谱-质谱联用仪，使质谱仪的应用领域大大扩展，开始成为有机物分析的重要仪器。计算机的应用又使质谱分析法发生了奔腾变化，使其技术更加成熟，使用更加方便。八十年代以后又出现了一些新的质谱技术，如快原子轰击电离子源，基质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电离源，以及随之而来的比较成熟的液相色谱-质谱联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等。这些新的电离技术和新的质谱仪使质谱分析又取得了长足进展。目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。四极杆质谱仪，QMSQMS是常见的质谱仪器，定量能力突出，在GC-MS中QMS占绝大多数。优点：结构简单、成本低；维护简单；SIM功能的定量能力强；是多数检测标准中采用的仪器设备。缺点：无串极能力，定性能力不足；分辨力较低(单位分辨)，存在同位素和其他m/z近似的离子干扰；速度慢；质量上限低(小于1200u)。飞行时间质谱仪，TOFMSTOFMS是速度快的质谱仪，适合于LC-MS方面的应用。优点：分辨能力好，有助于定性和m/z近似离子的区别，能够很好的检测ESI电喷雾离子源产生多电荷离子；速度快，每秒2～100张高分辨全扫描(如50～2000u)谱图，适合于快速LC系统(如UPLC)；质量上限高(6000～10000u)。缺点：无串极功能，限制了进一步的定性能力；售价高于QMS；较精密，需要认真维护。三重四极杆质谱仪，QQ质谱给四极杆质谱仪在保留QMS原有定量能力强的特点上，提供了串级功能，加强了质谱的定性能力，检测标准中常作为QMS的确认检测手段。优点：有串极功能，定性能力强；定量能力非常好，MRM信噪比高于QMS的SIM；是常用的QMS结果确认仪器；除一般子离子扫描功能外，Q还具有SRM、MRM、母离子扫描、中性丢失(Neutralloss)等功能(离子阱不行)对特征基团的结构研究有很大帮助。缺点：分辨力不足，容易受m/z近似的离子干扰；售价较高；需要认真维护。四极离子阱，QTrap技术上而言，在传统Q的四极杆中加入了辅助射频，可以做选择性激发。就功能而言，为Q提供了多级串级的功能优点：同时具备MRM、SRM、中性丢失和多级串级功能，非常适合于未知样品的结构解析。缺点：分辨力还是低了点。线性离子阱，LinearIonTrap传统3D离子阱的增强版本优点：相对于传统3D离子阱，灵敏度高10倍以上；多级串级质谱。缺点：相对于Q，还是不能做MRM、中性丢失等特征基团筛选功能。线型离子阱和三维离子阱的比较这个比较可能是很少有的一边倒的场面线型离子阱的灵敏度、分辨力、速度、通量等指标均优于传统的3D离子阱。自从2023年Finnigan公司推出了LTQ线型离子阱之后，一时间众多厂家的3D离子阱销量下降很多。3D离子阱的市场被线型离子阱蚕食的非常严重，特别是在中国质谱市场，由于用户爱追新潮、求大求好，线型离子阱在中国卖的很好。以至于在很多时候Bruker和Agilent的离子阱广告都看不见了。但是实际上线型离子阱在国外并不是非常流行，特别是一些离子阱的老用户，由于已经习惯了离子阱的指标，对于价钱高很多的线型离子阱往往只叫好不出手，宁可买只要3/5价钱的LCQ这种老式3D离子阱。四极杆飞行时间串联质谱，QTOFQTOF以QMS作为质量过滤器，以TOFMS作为质量分析器。优点：能够提供高分辨谱图；定性能力好于Q；速度快，适合于生命科学的大分子量复杂样品分析。缺点：成本高；需要仔细维护。离子阱-飞行时间质谱，TrapTOF以3D离子阱作为质量选择器和反应器，结合了离子阱的多级质谱能力和飞行时间质谱的高分辨能力优点：同时具有多级串级和高分辨能力，适合于未知样品的定性工作，如糖蛋白的定性。缺点：由于离子阱容量限制，对于混合样品的灵敏度欠佳；定量能力弱。磁质谱，SectorMS磁质谱的定量能力是各种质谱中强的。现在已较少使用，仅用于地质元素和痕量二恶英的检测。优点：技术经典、成熟，NIST等MS库采用的仪器；分辨力非常好(100k，m/DeltamFWHM)，干扰少；灵敏度高，定量能力是各种质谱中好的。缺点：体积、重量大；售价很高；速度慢；维护复杂，很费电。傅立叶变换质谱仪，FT-ICR-MS质谱中的贵族，质量精度超级好，几个月都不需要校正，但是价格也是贵的让人心寒啊。傅立叶变换质谱仪的分辨能力高，常作为科学研究的装备。优点：能够做多级串级，定性能力极好；分辨力极高；灵敏度很好。缺点：体积重量大；售价极高；速度也较慢；维护费用非常昂贵。静电场傅立叶变换质谱，Orbitrap优点：高分辨，60k～120kFWHM，质量精度高；相对FT-ICR而言，价格稍低(～450kUSD)。缺点：不能单独做串级；分辨力、灵敏度、质量稳定性等离FT-ICR还有距离。Orbitrap和FT-ICR-MS的技术比较：Orbitrap与原有的“超导磁铁傅立叶变换离子回旋共振质谱”(SCFT-ICR-MS，常说的FTMS)有类似的地方也有许多不同。Orbitrap相当于一台轻量级FTMS，它的维护简单，相当于TOF；指标方面略逊于FTMS，但是比一般质谱要好。Orbitrap的分辨力比FTMS低。两种质谱的采样速度相当，但比TOF和四极杆、离子阱慢的多。Orbitrap和FTMS都可以通过减少采样时间来提高速度，但这是以牺牲分辨力为代价的。质谱仪的基本结构和功能

随着质谱(massspectrometry，MS)、红外光谱及核磁共振等定性分析手段的发展，目前主要采用在线的联用技术，即将色谱法与其它定性或结构分析手段直接联机，来解决色谱定性困难的问题。气相色谱-质谱联用(GC-MS)是较早实现商品化的色谱联用仪器。目前，小型台式GC-MS已成为很多实验室的常规配置。

质谱仪的基本结构和功能：

质谱系统一般由真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、检测器和计算机控制与数据处理系统(工作站)等部分组成。

质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的分子-离子反应。质谱仪的高真空系统一般由机械泵和扩散泵或涡轮分子泵串联组成。机械泵作为前级泵将真空抽到10-1～10-2Pa，然后由扩散泵或涡轮分子泵将真空度降至质谱仪工作需要的真空度10-4～10-5Pa。虽然涡轮分子泵可在十几分钟内将真空度降至工作范围，但一般仍然需要继续平衡2小时左右，充分排除真空体系内存在的诸如水分、空气等杂质以保证仪器工作正常。

气相色谱-质谱联用仪的进样系统由接口和气相色谱组成。接口的作用是使经气相色谱分离出的各组分依次进入质谱仪的离子源，接口一般应满足如下要求：

(a)不破坏离子源的高真空，也不影响色谱分离的柱效;

(b)使色谱分离后的组分尽可能多的进入离子源，流动相尽可能少进入离子源;

(c)不改变色谱分离后各组分的组成和结构。

离子源的作用是将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这些离子在离子光学系统的作用下，汇聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离。其性能直接影响质谱仪的灵敏度和分辨率。离子源的选择主要依据被分析物的热稳定性和电离的难易程度，以期得到分子离子峰。电子轰击电离源(EI)是气相色谱-质谱联用仪中较为常见的电离源，它要求被分析物能气化且气化时不分解。

质量分析器是质谱仪的核心，它将离子源产生的离子按质荷比(m/z)的不同，在空间位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离，以得到按质荷比大小顺序排列的质谱图。以四极质量分析器(四极杆滤质器)为质量分析器的质谱仪称为四极杆质谱。它具有重量轻、体积小、造价低的特点，是目前台式气相色谱—质谱联用仪中常用的质量分析器。

检测器的作用是将来自质量分析器的离子束进行放大并进行检测，电子倍增检测器是色谱-质谱联用仪中常用的检测器。

计算机控制与数据处理系统(工作站)的功能是快速准确地采集和处理数据;监控质谱及色谱各单元的工作状态;对化合物进行自动的定性定量分析;按用户要求自动生成分析报告。

标准质谱图是在标准电离条件——70eV电子束轰击已知纯有机化合物得到的质谱图。在气相色谱-质谱联用仪中，进行组分定性的常用方法是标准谱库检索。即利用计算机将待分析组分(纯化合物)的质谱图与计算机